《E D A技術(shù)與應(yīng)用》課程教學(xué)改革的探索

李政清

（三亞學(xué)院理工學(xué)院，海南 三亞 570200）

0 前言

EDA(Electronic Design Automation)即電子設(shè)計自動化，是以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規(guī)模可編程器件的開發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計工具，自動完成用軟件方式描述的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、布局布線、邏輯仿真，直至完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T多學(xué)科融合的新技術(shù)[1]。

我院開設(shè)該課程的時間是在學(xué)習完《模擬電子技術(shù)》和《數(shù)字電子技術(shù)》后的大三第一學(xué)期，它是電子信息工程技術(shù)專業(yè)一門重要的專業(yè)選修課程。其包括課堂教學(xué)、實驗兩個環(huán)節(jié)，顯著特點是軟、硬件結(jié)合，打破了軟硬件之間的設(shè)計界限，知識綜合面廣泛、工程實踐性強。依據(jù)厚基礎(chǔ)、重應(yīng)用的教學(xué)原則，結(jié)合教學(xué)大綱，課程教學(xué)內(nèi)容的重點包括：（1）嵌入式開發(fā)工具——QuartusII；（2）VHDL硬件設(shè)計語言；（3）復(fù)雜的數(shù)字電路設(shè)計。結(jié)合前期先導(dǎo)課程，通過針對性的應(yīng)用實例，循序漸進，實現(xiàn)從軟件到硬件系統(tǒng)的設(shè)計，讓學(xué)生深刻理解EDA技術(shù)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法。學(xué)生能夠熟練掌握EDA設(shè)計能力無論是對繼續(xù)深造，還是工作就業(yè)都有重要意義。

1 問題

獨立學(xué)院的目標主要是培養(yǎng)應(yīng)用型人才，三亞學(xué)院自辦學(xué)之初確立人才培養(yǎng)定位為：“培養(yǎng)適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)和市場經(jīng)濟需求，具有綜合素質(zhì)和學(xué)習能力、實踐能力、適應(yīng)能力、創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力的應(yīng)用型、實用性專門人才”。這就要求學(xué)生在具有一定理論基礎(chǔ)的同時還要具有較好的實際動手實踐能力，相對于重點學(xué)校來說，獨立學(xué)院的學(xué)生基礎(chǔ)比較薄弱，學(xué)習主觀性不強。因此在獨立學(xué)院開展EDA技術(shù)的教學(xué)改革與探索，提高學(xué)生的應(yīng)用水平尤為重要。

通過課程教學(xué)的體會，開展教師間教學(xué)研討并對教學(xué)情況進行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中存在不少問題：理論教學(xué)內(nèi)容較枯燥、課本化，教學(xué)手段單一，學(xué)生學(xué)習興趣和積極性不高，理論知識與實際聯(lián)系的能力不強；實踐教學(xué)內(nèi)容全為驗證性實驗，缺乏設(shè)計性、綜合性實驗，導(dǎo)致學(xué)生分析和解決問題的能力較薄弱；同時還存在著日趨減少的教學(xué)時數(shù)和日益增多的教學(xué)內(nèi)容之間的矛盾，由于電信專業(yè)課程較多，原來相對充裕的課時被壓縮減少，而新知識的不斷更新，使得教學(xué)容量增大，時間短、任務(wù)重的矛盾逐漸凸現(xiàn)出來；此外，傳統(tǒng)教學(xué)中，教師將其作為數(shù)字電路的延伸，重點講解如何利用EDA進行組合邏輯電路以及時序邏輯電路設(shè)計，多為編碼器、譯碼器、加法器、數(shù)據(jù)選擇器、計數(shù)器、觸發(fā)器的設(shè)計等教學(xué)案例，EDA技術(shù)的優(yōu)勢和特點得不到完美的體現(xiàn)，這就導(dǎo)致很多同學(xué)無法認識到EDA技術(shù)的重要性以及其他很多專業(yè)技術(shù)無法比擬的優(yōu)越的工程性，學(xué)習存在盲目性[2]。

2 改革與措施

基于教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，根據(jù)三亞學(xué)院辦學(xué)理念、人才培養(yǎng)定位和課程教學(xué)的實際情況，結(jié)合教師間教學(xué)研討，以培養(yǎng)和提高學(xué)生分析、解決問題的能力和創(chuàng)新性思維的能力，提高課程的教學(xué)質(zhì)量為目的，實行了以下具體改革措施。

首先，精選教材。根據(jù)EDA教學(xué)需求，查閱許多國內(nèi)外教材，并結(jié)合EDA技術(shù)的最新進展，選擇了適合電信專業(yè)學(xué)生的教材——潘松、黃繼業(yè)老師的《EDA技術(shù)與VHDL》（第4版），書中絕大部分章節(jié)都安排了針對性較強的習題、實驗和設(shè)計項目，授課教師以不同的方式布置給學(xué)生完成，使學(xué)生對每一章的課堂教學(xué)效果都能及時通過實驗得以強化。而多媒體教學(xué)是教學(xué)手段改革的主流，恰當?shù)剡\用多媒體工具實現(xiàn)教學(xué)效果最優(yōu)化，為教學(xué)改革尋找創(chuàng)新點和突破口，為此，教學(xué)課題組設(shè)計了多媒體教學(xué)課件。采用板書與多媒體教學(xué)相結(jié)合的授課方式，并充分利用學(xué)校提供的網(wǎng)絡(luò)共享資源，從而提高了學(xué)生的學(xué)習效率，為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習打下扎實的基礎(chǔ)[3]。

其次，現(xiàn)在的EDA技術(shù)已經(jīng)向著多元化、多層次發(fā)展，要對EDA技術(shù)有個合理的定位。雖然EDA技術(shù)可以實現(xiàn)數(shù)字電路里的各種集成電路，但絕不能將其簡單的定義為數(shù)字電路的后續(xù)內(nèi)容；它可以在控制領(lǐng)域里得到廣泛應(yīng)用，也不能將其與單片機技術(shù)混淆，一味的強調(diào)它的控制作用。因此在教學(xué)中，除了進行基礎(chǔ)理論講解，還要進行基本實踐訓(xùn)練，最后進行工程項目訓(xùn)練。

在內(nèi)容上刪除學(xué)科間重復(fù)的部分，補充了EDA技術(shù)的最新進展，以利于開闊視野，提高學(xué)習興趣；針對硬件描述語言語法豐富，表達形式多樣的特點，增加了大量實例，結(jié)合應(yīng)用對編程要點進行說明，使學(xué)生更容易理解和掌握課程內(nèi)容，例如，在講解VHDL語言基本程序結(jié)構(gòu)時，先讓學(xué)生回顧以前學(xué)過的數(shù)字電路理論知識，并畫出半加器，然后用PPT給出該電路的VHDL語言實例，重點闡述在用VHDL語言描述該電路時，該單元的名稱；輸入端、輸出端名稱及類型；輸入與輸出之間的關(guān)系這三個基本問題，從而引導(dǎo)學(xué)生將VHDL語言和電路對應(yīng)起來；在可編程邏輯器件部分，縮減了對器件硬件結(jié)構(gòu)的詳細介紹，針對器件的特性，使學(xué)生學(xué)會如何選擇合適的器件并進行配置；以Altera公司的Quartus II軟件作為開發(fā)軟件平臺，在實驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，使學(xué)生清晰的認識EDA設(shè)計的完整流程。

最后，圍繞上述教學(xué)內(nèi)容，精心設(shè)計配套實驗，其中包括驗證性實驗、交叉性實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗等四個方面。（1）驗證性實驗一般依附于傳統(tǒng)公式或經(jīng)典定理，通過這種實驗，能夠加深基礎(chǔ)理論的認識，熟練掌握開發(fā)工具的操作與配置。（2）交叉性實驗具有部分綜合的成分，是以多學(xué)科或多課程為基礎(chǔ)，并加強了各學(xué)科或課程之間的聯(lián)系，有助于加強各實驗課程之間的關(guān)聯(lián)性或交互性。（3）綜合性實驗是一種由學(xué)生和教師共同設(shè)計、開發(fā)、實施和評價的實驗課程，這類實驗是本實驗課程的重點。學(xué)生是實驗課程的首要開發(fā)者，可充分體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習的主動性，主要培養(yǎng)學(xué)生自頂向下或自底向上的設(shè)計思維習慣，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力，提高分析問題、解決問題的能力。與其他實驗不同的是該類實驗具有多個程序模塊，要求綜合不同類型的程序模塊，實現(xiàn)層次化設(shè)計。例如：用半加器和或門設(shè)計全加器的實驗，可用兩層程序完成該設(shè)計，先分別完成底層的半加器模塊和或門模塊程序，分別打包成器件，然后利用原理圖調(diào)入所設(shè)計的器件或用元件例化語句完成頂層程序設(shè)計；或者利用文本編輯法、混合編輯法進行設(shè)計，通過不同方法實現(xiàn)，可以體現(xiàn)EDA技術(shù)模塊化的分層設(shè)計的思想和設(shè)計理念，以及靈活性和可移植性。（4）設(shè)計性實驗則完全超越了課程之間界限，實驗建立在自我控制、自我指導(dǎo)基礎(chǔ)上，根據(jù)自己特長組織實驗內(nèi)容，以自主學(xué)習為主，可在校內(nèi)完成，也可在校外完成，也可集體合作完成，完全建立在興趣之上，作為實驗課程之外的有利補充。

另外，改革考核方式。學(xué)生成績的考核是檢驗教學(xué)成果和了解學(xué)生學(xué)習情況的一種途徑。傳統(tǒng)的一份試卷作為學(xué)生的最終成績不能客觀的反映學(xué)生的真實水平，因此，對考核方法作了如下改革：考核成績由平時作業(yè)成績（20%）、考勤（10%）、實驗成績（40%）、卷面成績（30%）四部分組成，這樣的評分標準能避免學(xué)生死記硬背，更多的重視整個學(xué)習過程。通過考核方式的改革改善了學(xué)生的學(xué)習態(tài)度，消除了“應(yīng)試教育”中的死記硬背，這樣的方法得到了絕大多數(shù)學(xué)生的認可。

3 總結(jié)

結(jié)合EDA技術(shù)的特點和獨立學(xué)院學(xué)生的情況，采取多種教學(xué)方法，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，改進教學(xué)實驗課程方式，提高學(xué)生的學(xué)習興趣和實際動手能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題，解決問題的能力，使學(xué)生能夠?qū)⒃诖髮W(xué)中學(xué)習到的理論知識轉(zhuǎn)化到工程實踐中，提高獨立學(xué)院學(xué)生的競爭力，努力做到三亞學(xué)院倡導(dǎo)的“走進校園的目的是為了更好的走向社會”這個目標。

［1］潘松,黃繼業(yè).EDA技術(shù)與VHDL[M].4版.北京:清華大學(xué)出版社,2013.

［2］李海.獨立學(xué)院《EDA技術(shù)》課程教學(xué)改革實踐與探索[J].價值工程,2011.

［3］劉昌華.EDA技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2012.